(57)【要約】      （修正有）【課題】検出対象の表面性などによる一時的なセンサ出力が大きく変動した場合であっても、連続階調パターンを精度よく、且つ、簡便に検出する制御装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】感光体の回転方向に連続的で先頭部の付着量が最大となる条件で作像された連続階調トナーパターンを使用し、付着量検出手段の検出閾値Ｖｔｈを検出してから所定時間後の時点Ｔ０と、検出閾値Ｖｔｈから前記トナーパターンが通過し終える直前の時点Ｔ１までの時間Ｔ１−Ｔ０に検出した出力を用いて作像条件を制御するようにしている。【選択図】図６
2010079290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、当該像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、当該帯電手段によって帯電された像担持体に画像データに基づく露光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、当該露光手段によって形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、当該トナー像のトナー付着量を検出する付着量検出手段と、前記帯電手段、露光手段及び現像手段によって前記像担持体に形成された所定のトナーパターンのトナー付着量を前記付着量検出手段によって検出し、当該検出結果に応じて前記トナー像の作像条件を制御する制御装置と、を備えた画像形成装置において、
前記トナーパターンは、トナー付着量を前記像担持体の移動方向で先頭部から漸次連続的に減少させた連続階調トナーパターンであり、
前記制御装置は、前記付着量検出手段が前記トナーパターンのトナー付着量を検出する際に、当該付着量検出手段の検出閾値Ｖｔｈを検出してから前記トナーパターンの先頭部を検出するまでの所定時間経過時点Ｔ０から前記トナーパターンの最終部を検出する時点Ｔ１までに検出したトナー付着量の出力データに基づいて前記作像条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記制御装置は、前記時点Ｔ０から当該時点Ｔ０と前記時点Ｔ１までの間で予め設定された時点Ｔ２までに検出されたトナー付着量の出力データと前記時点Ｔ０から時点Ｔ１までに検出されたトナー付着量の出力データとを比較し、当該比較結果に基づいてどちらか一方の出力データを使用して前記作像条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
前記像担持体上の露光位置と現像位置の間の表面電位を検出する電位センサを備え、
前記制御装置は、前記像担持体に前記トナーパターンを形成したときに、前記電位センサの検出閾値Ｖｔｈ’を検出してから前記トナーパターンの先頭部を検出するまでの所定時間経過時点Ｔ０’から前記トナーパターンの最終部を検出する時点Ｔ１’までに検出した像担持体の表面電位の出力データと、前記時点Ｔ０’から当該時点Ｔ０’と前記時点Ｔ１’までの間で予め設定された時点Ｔ２’までに検出した像担持体の表面電位の出力データとを比較し、当該比較結果に基づいて選択されたどちらか一方の出力データ及び使用された前記トナー付着量の出力データに基づいて前記作像条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置において、
前記トナーパターンは、前記露光手段の光量を連続的に変化させることによって形成されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置において、
前記トナーパターンは、前回の画像濃度制御で設定された前記現像手段の現像バイアスと前記帯電手段における帯電条件に基づいて形成されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に適用される電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、感光体表面を帯電手段により所定電位に一様に帯電し、露光手段により静電潜像を形成し、静電潜像を少なくともトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた現像手段により現像してトナー像を形成する電子写真方式の画像形成装置では、現像剤のトナー濃度やトナー帯電量や、感光体光キャリアの移動度の温湿度依存性などによって画像濃度が変動する。そのため、感光体上に形成した所定のトナーパターンを、感光体上、中間転写ベルト上あるいは二次転写ローラ上にて光学センサで検出を行い、検出した結果によって、作像条件やトナー補給などの制御を行っている。これにより、現像能力が変動した場合でも制御パラメータを最適化することで画像濃度変動を抑止している。以上のような制御を画像濃度制御と呼ぶこととする。
画像濃度制御は、所定のトナーパターンを作像する必要があるため実行可能な期間が限られる。つまり、コピー中には画像濃度制御は実行出来ず、画像形成以外の時間しか実行出来ない。そのため、印刷ジョブ終了時に実行したり、ジョブ出力中に一旦出力を停止し割り込ませて実行したり、待機状態時に実行する必要がある。出力中の紙と紙の間（いわゆる紙間）にトナーパターンを作像して簡易的なプロセス制御を行うことも出来るが、紙間にバイアス条件を変化させる時間的な猶予がないことなどからバイアス条件は変更せずに、トナー補給量を変更している場合が多い。また、画像濃度制御中に出力命令がきた場合、制御終了まで出力開始出来ないため、待機時間が発生してしまう。ユーザーの立場で見ると、画像濃度制御は動作時間を極力減らし、かつ、動作頻度も少ないものが好ましい。
【０００３】
画像濃度制御では、その時の現像能力を測定するのに、現像バイアスと露光後電位の差である現像ポテンシャルとトナー付着量の情報が複数必要である。その為に、現像ポテンシャルを変化させてトナーパッチを複数パターン作像し、この複数のトナーパッチパターンを光学センサで読取る方法がある。この場合、待機時間やトナーイールドの観点からパターン数は減らす方が好ましいが、精度や信頼性、ロバスト性の観点からはパターンは複数で多いほうが好ましい。したがって、信頼性を保ちつつ、パッチパターン数を減らす試みがなされている。
このようなパッチパターン数を減らすために、トナー付着量を連続的に変更させた連続階調パターンを１パターンのみ作像して、一つ連続階調パターンから複数の情報を得る方法が知られている。この場合、待機時間やトナーイールドは複数のパッチパターンに比べて削減でき、サンプリング時間を小さくすれば数十パターン分の情報が得られる。このような連続階調パターンで複数の情報を得る場合、付着量検出手段である光学センサの出力取込み方法が課題となる。複数のパッチパターンでは、一つのパッチパターンは同一条件で出力されているため、パターンに機械的なバラツキがあった場合であっても検出回数や検出タイミングを最適化することで精度のある出力を得ることが出来る。
【０００４】
しかし、連続階調パターンでは同一条件で一つの出力しか得られないので、条件一つ一つの精度が落ちてしまうことは避けられない。検出出力が大きく変動した場合や、前後の出力に比較して線形になっていない場合などで検出出力を取捨選択する処理を行ってもよいが、どの値を真値として扱えばよいかなどの判断や取捨選択の処理方法が煩雑となる。制御の複雑化によってＣＰＵ（演算素子）の負荷が高まり処理の遅延を招いてしまうといった懸念がある。したがって、簡便な検出方法で、精度よく検出出力を取捨選択する方法が望まれている。
このような要望を満たすため、特許文献１に記載されているように、感光体の移動方向で帯電装置の下流側にイレーズランプを配設して、連続階調パターンの検出に際して、帯電装置で感光体表面の帯電を開始すると同時にイレーズランプを点灯し、露光が開始されるまでの間イレーズランプの点灯を継続し、露光が開始されるまでの間の不安定な検出出力の検出を回避することが提案されている。
また、特許文献２には、連続階調パターンにおいて光学センサの出力が閾値Ｖｔｈを１度目に交差する時点から２度目に交差する時点までの時間をパラメータとして作像条件にフィードバックする方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載のものでは、感光体の移動方向で帯電装置の下流側に配設されるイレーズランプによって連続階調パターンの検出開始時点を設定するようにしているため、イレーズランプを必要とし、コストアップとなるだけでなく、イレーズランプを配設するスペースを必要とする。このイレーズランプの配設は電装置と現像装置との間に形成される露光の入射光路を考慮して行う必要があり、その配設が複雑となる問題がある。
また、特許文献２記載のものでは、時間をパラメータとするので検出方法が簡便である。しかしながら、環境変動により連続階調パターンの付着量が減少した場合、出力閾値Ｖｔｈまでセンサ出力が到達しないことがあった。出力閾値Ｖｔｈを低付着量領域の出力値とすることで解消できるが、今度は２度目に交差する時点にバラツキが生じてしまうことが明らかになった。これは、光学センサ検出出力が安定していないために生じており、検出精度が悪化していた。このような現象は、検出対象面の微小な傷や表面性が悪化することで顕在化する。
また、検出対象が中間転写ベルトや紙搬送ベルトといったベルト上の場合、駆動によるベルトのばたつきが大きく影響することが明らかとなった。つまり、トナー像のトナー付着量を検出する光学センサと検出対象との距離や角度、検出対象の表面性が局所的に大きく変動することで、センサ出力が大きく変動し本来の意図に反してＶｔｈの交差時点が早まってしまうことで検出精度を悪化させていた。
本発明は、以上のことを鑑み、検出対象の表面性などによる一時的なセンサ出力が大きく変動した場合であっても、連続階調パターンを精度よく、且つ、簡便に検出する制御装置を備えた画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、像担持体と、当該像担持体の表面を一様に帯電する帯電手段と、当該帯電手段によって帯電された像担持体に画像データに基づく露光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、当該露光手段によって形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、当該トナー像のトナー付着量を検出する付着量検出手段と、前記帯電手段、露光手段及び現像手段によって前記像担持体に形成された所定のトナーパターンのトナー付着量を前記付着量検出手段によって検出し、当該検出結果に応じて前記トナー像の作像条件を制御する制御装置と、を備えた画像形成装置において、前記トナーパターンは、トナー付着量を前記像担持体の移動方向で先頭部から漸次連続的に減少させた連続階調トナーパターンであり、前記制御装置は、前記付着量検出手段が前記トナーパターンのトナー付着量を検出する際に、当該付着量検出手段の検出閾値Ｖｔｈを検出してから前記トナーパターンの先頭部を検出するまでの所定時間経過時点Ｔ０から前記トナーパターンの最終部を検出する時点Ｔ１までに検出したトナー付着量の出力データに基づいて前記作像条件を制御することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記制御装置は、前記時点Ｔ０から当該時点Ｔ０と前記時点Ｔ１までの間で予め設定された時点Ｔ２までに検出されたトナー付着量の出力データと前記時点Ｔ０から時点Ｔ１までに検出されたトナー付着量の出力データとを比較し、当該比較結果に基づいてどちらか一方の出力データを使用して前記作像条件を制御することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記像担持体上の露光位置と現像位置の間の表面電位を検出する電位センサを備え、前記制御装置は、前記像担持体に前記トナーパターンを形成したときに、前記電位センサの検出閾値Ｖｔｈ’を検出してから前記トナーパターンの先頭部を検出するまでの所定時間経過時点Ｔ０’から前記トナーパターンの最終部を検出する時点Ｔ１’までに検出した像担持体の表面電位の出力データと、前記時点Ｔ０’から当該時点Ｔ０’と前記時点Ｔ１’までの間で予め設定された時点Ｔ２’までに検出した像担持体の表面電位の出力データとを比較し、当該比較結果に基づいて選択されたどちらか一方の出力データ及び使用された前記トナー付着量の出力データに基づいて前記作像条件を制御することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置において、前記トナーパターンは、前記露光手段の光量を連続的に変化させることによって形成されることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置において、前記トナーパターンは、前回の画像濃度制御で設定された前記現像手段の現像バイアスと前記帯電手段における帯電条件に基づいて形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、トナーパターンは、トナー付着量を像担持体の移動方向で先頭部から漸次連続的に減少させた連続階調トナーパターンであり、制御装置は、付着量検出手段が前記トナーパターンのトナー付着量を検出する際に、当該付着量検出手段の検出閾値Ｖｔｈを検出してから前記トナーパターンの先頭部を検出するまでの所定時間経過時点Ｔ０から前記トナーパターンの最終部を検出する時点Ｔ１までに検出したトナー付着量の出力データに基づいて作像条件を制御することによって、検出対象の表面性などによる一時的なセンサ出力が大きく変動した場合であっても、連続階調パターンを精度よく、且つ、簡便に検出する制御装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による一実施形態に係る画像形成装置としての複写機の概略構成図である。
【図２】図１のブラックの画像形成部の拡大図である。
【図３】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用される連続階調トナーパターンの平面図である。
【図４】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用される制御装置を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用される光センサの断面図である。
【図６】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用されるセンサによるＫトナーの連続階調トナーパターンの検出出力変化を示すグラフ図で、（Ａ）は、感光体表面電位の変化を示すグラフ図、（Ｂ）は、正反射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
【図７】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用されるセンサによるＣトナーの連続階調トナーパターンの検出出力変化を示すグラフ図で、（Ａ）は、感光体表面電位の変化を示すグラフ図、（Ｂ）は、拡散射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
【図８】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用されるセンサによるＫトナーの連続階調トナーパターンの他の検出出力変化を示すグラフ図で、（Ａ）は、感光体表面電位の変化を示すグラフ図、（Ｂ）は、正反射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
【図９】本発明による一実施形態に係る画像形成装置において使用されるセンサによるＣトナーの連続階調トナーパターンの他の検出出力変化を示すグラフ図で、（Ａ）は、感光体表面電位の変化を示すグラフ図、（Ｂ）は、拡散射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態に係る画像形成装置としての複写機の概略構成図である。図１において、符号１００は複写機本体であり、符号２００はそれを載せる給紙テーブルであり、符号３００は複写機本体１００上に取り付けるスキャナであり、符号４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）である。この複写機は、タンデム型で中間転写（間接転写）方式を採用する電子写真複写機である。
複写機本体１００には、その中央に、無端状ベルトからなる中間転写ベルト１０が設けられている。この中間転写ベルト１０は、３つの支持回転体としての支持ローラ１４、１５、１６に掛け渡されており、図中時計回り方向に回転移動する。
これらの３つの支持ローラのうちの第２支持ローラ１５の図中左側には、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置１７が設けられている。また、３つの支持ローラのうちの第１支持ローラ１４と第２支持ローラ１５との間に張り渡したベルト部分には、図１に示すように、そのベルト移動方向に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成部１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが並べて配置された画像形成手段であるタンデム画像形成部２０が対向配置されている。
本実施形態においては、第３支持ローラ１６を駆動ローラとしている。また、タンデム画像形成部２０の上方には、露光手段としての露光装置２１が設けられている。
【００１１】
また、中間転写ベルト１０を挟んでタンデム画像形成部２０の反対側には、第２の転写手段としての２次転写装置２２が設けられている。この２次転写装置２２においては、２つのローラ２３１、２３２間に転写シート搬送部材としての無端状ベルトである２次転写ベルト２４が掛け渡されている。この２次転写ベルト２４は、中間転写ベルト１０を介して第３支持ローラ１６に押し当てられるように設けられている。この２次転写装置２２により、中間転写ベルト１０上のトナー像を転写材である転写シートＳに転写する。
また、この２次転写装置２２の図中左方には、転写シートＳ上に転写されたトナー像を定着する定着装置２５が設けられている。この定着装置２５は、加熱される無端状ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７が押し当てられた構成となっている。
上述した２次転写装置２２には、トナー像を中間転写ベルト１０から転写シートＳに転写後の転写シートＳをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備わっている。もちろん、２次転写装置２２としては、転写ローラや非接触の転写チャージャを使用してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて持たせることが難しくなる。また、本実施形態では、このような２次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成部２０と平行に、転写シートＳの両面に画像を記録すべく転写シートＳを反転するシート反転装置２８も設けられている。
【００１２】
上記複写機を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。その後、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動する。
他方、コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動する。次いで、第１走行体３３および第２走行体３４を走行させる。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読取る。
この原稿読取りに並行して、図示しない駆動源である駆動モータで駆動ローラ１６を回転駆動させる。これにより、中間転写ベルト１０が図中時計回り方向に移動するとともに、この移動に伴って残り２つの支持ローラ（従動ローラ）１４、１５が連れ回り回転する。
【００１３】
また、これと同時に、個々の画像形成部１８において像担持体としてのドラム状の感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋを回転させ、各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上に、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色別情報を用いてそれぞれ露光現像し、単色のトナー像（顕像）を形成する。
そして、各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上のトナー画像を中間転写ベルト１０上に互いに重なり合うように順次転写して、中間転写ベルト１０上に合成カラートナー像を形成する。
このような画像形成に並行して、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つから転写シートＳを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上の転写シートＳを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。
【００１４】
そして、中間転写ベルト１０上の合成カラートナー像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に転写シートＳを送り込み、２次転写装置２２で転写して転写シートＳ上にカラートナー像を転写する。
トナー像転写後の転写シートＳは、２次転写ベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で定着ベルト２６と加圧ローラ２７とによって熱と圧力とを加えて転写トナー像を定着した後、切換爪５５で切り替えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り替えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
なお、トナー像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写ベルトクリーニング装置１７で、トナー像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部２０による再度の画像形成に備える。ここで、レジストローラ４９は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。
【００１５】
次に、上述したタンデム型画像形成部２０の画像形成部１８について図２に基づいて説明する。なお、ここでは、Ｋ色の画像形成部１８Ｋについて説明するが、Ｙ、Ｍ、Ｃの画像形成手段も同様の構成をしている。
画像形成部１８Ｋは、例えば、図２に示すように、ドラム状の感光体４０Ｋの周りに、帯電装置６０Ｋ、電位センサ７０Ｋ、現像装置６１Ｋ、感光体クリーニング装置６３Ｋ、図示しない除電装置などを備えている。
画像形成時には、感光体４０Ｋは、図示しない駆動モータによって矢印Ａ方向に回転駆動される。そして、感光体４０Ｋは、その表面を帯電装置６０Ｋによって一様帯電せしめられた後、露光装置２１からの前述の原稿等の画像データを書込露光Ｌによって露光されて静電潜像が形成される。スキャナ３００からの画像データに基づくカラー画像信号は、図示しない画像処理部で色変換処理などの画像処理が施され、Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃの各色の画像信号として露光装置２１へ出力される。露光装置２１は、画像処理部からのＫの画像信号を光信号に変換し、この光信号に基づいて一様に帯電された感光体４０Ｋの表面を走査して露光することで静電潜像を形成する。
【００１６】
現像装置６１Ｋの現像部材たる現像ローラ６１ａには現像バイアスが印加されており、感光体４０Ｋ上の静電潜像と、現像ローラ６１ａとの間に電位差である現像ポテンシャルが形成されている。この現像ポテンシャルにより現像ローラ６１ａ上のトナーが現像ローラ６１ａから感光体４０Ｋの静電潜像に転移することで、静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
感光体４０Ｋ上に形成されたＫトナー像は、１次転写装置６２Ｋによって中間転写ベルト１０上に一次転写される。感光体４０Ｋは、トナー像転写後に感光体クリーニング装置６３Ｋによって残留トナーがクリーニングされ、図示しない除電装置により除電されて次の画像形成に備えられる。同様にして、画像形成部１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃは、ドラム状の感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃの周りに、帯電装置、電位センサ、現像装置、感光体クリーニング装置、除電装置などを備えている。そして、感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０ＣにＹ、Ｍ、Ｃのトナー像を形成し、これらは中間転写ベルト１０上に重ね合わせて１次転写される。
【００１７】
本実施形態の画像形成装置には、形成する画像の色がフルカラーのときには全ての感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋを中間転写体１０表面に接触させておくフルカラーモードと、黒単色のときには黒以外の感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃを中間転写体１０表面から離間させるモノクロモードとを備えている。また、本実施形態の画像形成装置には、スキャナで読取った原稿画像がモノクロ画像かカラー画像かを検知して、自動的にモノクロモードとフルカラーモードとに切替るオートカラーチェンジモードも備えている。
モノクロモードには、Ｋ色の感光体以外の感光体を中間転写ベルトから相対的に離間させて画像形成を行う第１モノクロモード、Ｋ色以外の現像装置の動作を停止させる第２モノクロモードの２種類ある。この第２のモノクロモードは、オートカラーチェンジモードが選択されているときに実行されるモードである。モノクロモード、フルカラーモード、オートカラーチェンジモードの切替は、ユーザーの意思で決定して入力できるよう、手動操作手段たる図示しない操作パネルに入力部を設けている。
【００１８】
ユーザーによって、モードを選択可能としているので、次のような利点がある。例えば、原稿画像は、カラー画像であるが、ユーザーがモノクロ画像にしたい場合は、ユーザーが操作パネルを操作して、モノクロモードを選択すれば、ユーザーの所望どおりのモノクロ画像を得ることができる。また、ユーザーがモノクロモードを選択したときは、常にＹ、Ｍ、Ｃの感光体が中間転写ベルト１０から離間しているので、Ｙ、Ｍ、Ｃの感光体の劣化を抑制することができる。また、ユーザーによってカラーモードが選択されると、オートカラーチェンジモードのようにモノクロ画像の場合は、モノクロモードに切替ることがない。
よって、カラー原稿とモノクロ原稿が混在した複数の原稿を連続して印刷するときの印刷スピードは、オートカラーチェンジモードよりも速い。その結果、ユーザーが、カラーモードを選択することで、ユーザーは、カラーとモノクロが混在した複数の原稿の印刷画像を早く手に入れることができる。
なお、本実施形態においては、像担持体として、ドラム状の感光体を使用しているが、ドラム状の感光体以外にも無端ベルト状の感光体であっても適当に使用することができる。
また、本実施形態の画像形成装置においては、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するための画像濃度制御を実行する。この画像濃度制御では、トナーパッチを、各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上にそれぞれ形成する。各感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上にそれぞれ形成されるトナーパッチとしては、図３に示すように、パターン進行方向（矢印Ｂ方向）、即ち、感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋの回転（移動）方向に対して先頭部Ｐ１から最終部Ｐ２に向かってトナー付着量が漸次連続的に減少させた連続階調トナーパターンＰが作像されている。
【００１９】
本実施形態においては、この連続階調トナーパターンは、帯電装置６０に印加される帯電バイアス及び現像ローラ６１ａに印加される現像バイアスを固定として一様に帯電された感光体４０の表面に照射される露光装置２１からの露光ＬであるＬＤ（レーザーダイオード）光量を連続的に変化させることで形成されている。ここでの「連続的」とはＬＤ光量を変化させるステップが十分に小さく、隣り合った部分における光量の平均値の差が、各部分の光量の標準偏差よりも小さいことを言う。
尚、本実施形態においては、帯電バイアス、現像バイアスを固定として連続階調トナーパターンを作像しているが、本発明においては、要は、連続階調トナーパターンが作像できればよく、各バイアス条件を連続的に変化させることで作像してもよい。また、面積階調を連続的に変化させてもよい。しかし、感光体や中間転写ベルトが回転する線速がバイアスの応答速度よりも早い場合には、より応答速度の速いＬＤ光量や面積階調を変化させることが好ましい。
このようにして形成された連続階調トナーパターンを使用して画像濃度の制御方法について説明する。前述のようにして形成された各色の感光体４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ上の連続階調トナーパターンを、中間転写ベルト１０上に転写して、図１に示すように、中間転写ベルト１０と対向する位置に設けられた光学的トナー付着量検出手段である光センサ３１０で検出する。
【００２０】
次に、時間経過に伴う光センサ３１０の検出値の変化とトナー付着量算出アルゴリズムを用いて、トナーパターンＰの時間経過に伴うトナー付着量の変化を算出する。他方、帯電装置６０と現像装置６１の間で、且つ、露光装置２１が感光体を露光する箇所よりも、感光体の回転方向下流側に備え付けられている電位センサ７０によってトナーパターンＰ作成時の時間経過に伴う感光体表面電位を検出し、現像バイアスと露光後の感光体表面電位の関係から時間経過に伴う現像ポテンシャルを算出する。このとき、トナー付着量と現像ポテンシャルはどちらも、時間に対する一次関数として算出する。つまり、Ｙ＝ａＸ＋ｂのように算出する（Ｙ：トナー付着量ｏｒ現像ポテンシャル、Ｘ：時間ｔ、ａとｂ：比例定数）。
そして、トナー付着量と時間の関係式、現像ポテンシャルと時間の関係式を用いて、時間の項を消去して、トナー付着量と現像ポテンシャルの関係を求める。この傾きを現像能力（現像ポテンシャルを横軸、トナー付着量を縦軸としたときの傾き）とし、切片を現像開始電圧Ｖｋ（現像ポテンシャルを横軸、トナー付着量を縦軸としたときの切片）とする。求めた現像能力に基づいて、適正なトナー付着量となる現像ポテンシャルになるように、露光パワー（書込み強度）、帯電バイアス、現像バイアスなどの作像条件を調整、制御する。
このような調整・制御は、例えば、図４に示すような制御装置７３を使用することによって、適切に行うことが可能である。即ち、光センサ３１０で検出された検出値と、電位センサ７０によって検出された感光体の露光後の表面電位と、現像バイアス値７１と、帯電バイアス値７２とを制御装置７３に入力して、上述のようにして制御装置７３で現像能力を求め、この現像能力に基づいて現像装置６１、帯電装置６０及び露光装置２１の現像バイアス、帯電バイアス、露光パワーを調節して適切な画像濃度となるように、調整、制御している。
このように、本発明においては、トナーパターンとして連続階調トナーパターンを使用しているため、より高精度で現像能力を求めることが可能となり、より適切な画像濃度の制御が可能となる。
【００２１】
次に、本実施形態における光センサ３１０の構成について説明する。図５は、本実施形態における光センサ３１０の概略構成を示す断面図である。本実施形態における光センサ３１０は、主に、発光手段としての発光素子３１１と、正反射光を受光するための第１の受光手段としての正反射受光素子３１２と、拡散反射光を受光するための第２の受光手段としての拡散反射受光素子３１３とからなる構成されている。各素子の諸元は以下の通り。
発光側素子：ＧａＡｓ赤外発光ダイオード（ピーク発光波長：λｐ＝９５０ｎｍ）、トップビュータイプ、直径３ｍｍ、スポット径：直径１．０ｍｍ
受光側素子：Ｓｉフォト・トランジスタ（ピーク分光感度波長：λｐ＝８５０ｎｍ）、トップビュータイプ、直径３ｍｍ、受光径：正反射光受光側：直径１．０ｍｍ、拡散反射光受光側：主走査方向：３√２、副走査方向：３ｍｍ、検出距離：５ｍｍ（センサ上部〜検出対象面までの距離）
本実施形態においては、トナー付着量検出は、Ｋトナーについては正反射出力を用いており、カラートナーについては拡散反射出力を用いている。それぞれの方式によって、検出可能な付着量範囲は異なっている。
【００２２】
次に、本実施形態における連続階調トナーパターンを使用した濃度制御を行う方法について説明する。
まず、第一の例として、環境変動などにより前回の画像濃度制御から現像能力が高くなった場合の本実施例の検出結果を図６、図７に示す。
現像能力が高くなると、所定のパターンを作像した時のトナー付着量が多くなる。光センサ３１０は高トナー付着量のときには、光センサ出力がサチュレーションしてしまうので、検出誤差が大きくなる。連続階調パターンの場合でも、検出誤差が小さい範囲のパターン部分で現像能力を算出する必要がある。
図６（Ａ）は、Ｋトナーの連続階調トナーパターンを感光体表面に形成した際の、時間経過に伴う感光体表面電位の変化を示すグラフ図で、図６（Ｂ）は、Ｋトナーの連続階調トナーパターンを光センサ３１０で検出した出力のうち、正反射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
また、図７（Ａ）は、Ｃトナーの連続階調トナーパターンを感光体表面に形成した際の、時間経過に伴う感光体表面電位の変化を示すグラフ図で、図７（Ｂ）は、Ｃトナーの連続階調トナーパターンを光センサ３１０で検出した出力のうち拡散射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
なお、図６、図７のグラフ図においては、電位センサとトナー付着量検出センサが検出を開始する時点を０秒としている。
【００２３】
本実施形態においては、Ｋトナーは、図６（Ｂ）に示すように、光センサの出力が所定の閾値Ｖｔｈ以下となった後、時点Ｔ０から時点Ｔ１まで検出を行う。時点Ｔ０と時点Ｔ１は共に、光センサの出力が閾値Ｖｔｈ以下となった時点から予め決められた所定の時間が経過した時点であり、時点Ｔ０はトナー付着量検出センサ（光センサ）の検出出力がほぼ最低となる時間に定める。時点Ｔ１は、ＶｔｈからトナーパターンＰが通過し終える直前の最終部Ｐ２に達する時間に定める。これらの値は、トナーパターンＰの長さ、感光体の回転速度などによって決定され、画像形成装置毎に固有の値となる。
さらに、時点Ｔ０と時点Ｔ１の間で予め決められた所定の時点Ｔ２を規定し、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間の時間で検出した出力群を図４に示す制御装置７３の記憶装置へ格納する。横軸に時間、縦軸に検出出力を取った時の傾きを算出し、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間の二つの出力群区分で傾きを比較する。
この傾きを比較した結果、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間の二つの出力群区分の傾きの差が０．５（Ｖ／ｓ）以下の場合にはＴ１−Ｔ０間の出力値を画像濃度制御用データとして採用し、それ以上の場合には、Ｔ１−Ｔ２間での出力値を採用する。このようにして、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間の二つの出力群区分の傾きの差を算出して、その差が所定値を越える場合には、Ｔ０−Ｔ２間の間ではセンサ出力がサチュレーションを起こしていると判断する。
そして、その場合には、Ｔ１−Ｔ２間の出力群区分のデータを画像濃度制御用として採用して、制御装置７３で調整制御して画像濃度の制御を行うようにしている。
このようにして、センサ出力がサチュレーションしてしまった場合でも、その変更に対応した出力データに基づいて濃度制御が可能となり、より高精度で濃度制御が可能となる。
また、図６（Ｂ）における、Ｔ２からＴ１の間の急激に出力が変動している部分はノイズ成分である。中間転写ベルト表面の傷やベルト自体のばたつきによって生じる現象である。先にあげた特許文献のように、Ｖｔｈから測定開始し、再びＶｔｈまで出力が上昇するまで測定を続けるような測定方法の場合には、このような大きな出力変動で十分なデータが得られる前に測定終了となってしまうことがある。本実施例では、所定の時間だけ測定を実施するので検知対象の傷などの急激な出力変動要因からは強い測定方法となっている。
【００２４】
また、電位センサ出力においても感光体の特性変動や帯電装置の帯電バイアス変動によって感光体露光後の表面電位が変動し、画像濃度制御には適さない連続階調パターンを作像してしまう場合がある。つまりは、露光量が強くなりすぎてしまい、露光量の強さを変化させても感光体電位の変化が小さい領域が発生してしまう。本実施形態においては、上記の場合にも対応可能としている。
即ち、図６（Ａ）に示すように、電位センサ７０の出力が所定の閾値Ｖｔｈ’以下となってから所定時間が経過した後、電位センサの検出出力がほぼ最低となるトナーパターンＰの先頭部Ｐ１に達する時点Ｔ０’から、画像濃度制御に用いる検出値として検出を開始し、トナーパターンＰが通過し終える直前の最終部Ｐ２に達する時点Ｔ１’まで検出を行っている。ここで、トナーパターンＰが通過する時点がセンサ毎に異なるので、図６（Ｂ）のＴ１と図６（Ａ）のＴ１’は異なる時点であるが、所定の閾値Ｖｔｈ（Ｖｔｈ’）からの時間は同一である。つまり、センサによって検出する時点は異なるが、検出する時間は同一となる。
さらに、時点Ｔ０’と時点Ｔ１’の間で予め決められた所定の時点Ｔ２’を規定し、Ｔ１’−Ｔ０’間とＴ１’−Ｔ２’間の時間で検出した出力群を図示しない制御装置７３の記憶装置へ格納する。そして、横軸に時間、縦軸に検出出力を取った時の傾きを算出し、Ｔ１’−Ｔ０’間とＴ１’−Ｔ２’間の二つの出力群区分で傾きを比較する。
この傾きを比較した結果、Ｔ１’−Ｔ０’間とＴ１’−Ｔ２’間の二つ出力群区分の傾きの差が１００（Ｖ／ｓ）以下の場合にはＴ１−Ｔ０間の出力値を画像濃度制御用データとして採用し、それ以上の場合にはＴ１−Ｔ２間での出力値を採用する。
このようにして、前記トナー付着量の検出の場合と同様にして、Ｔ１’−Ｔ０’間とＴ１’−Ｔ２’間の二つの出力群区分の傾きの差を算出して、その差が所定値以内である場合には、Ｔ１’−Ｔ０’間の出力群を使用してよいと判断する。
以上のように、光センサと電位センサにおいて、どちらの出力群区分のデータを画像濃度制御用として使用するか決定する。光センサと電位センサで採用する出力群区分が異なる場合には、どちらもＴ１−Ｔ２間の出力群区分を採用する。本実施例においては、高トナー付着量による光センサ出力のサチュレーション、および、経時や環境変動による感光体の特性変動による感光体電位の変化が小さくなるといったノイズを除去するようセンサの検出を行うので、より高精度で濃度制御が可能となる。
【００２５】
次にカラートナーの一例としてＣトナーの場合について、図７に基づいて説明する。Ｃトナーのトナー付着量の検出は、図７（Ｂ）で示すように拡散反射出力の検出によって行う。
演算処理はＫトナーの場合と同様であるが、Ｃトナーは拡散反射出力を検出しており出力特性が異なるので、閾値Ｖｔｈと傾きは異なっている。拡散出力の場合、付着量検出センサ出力（光センサ出力）が所定の閾値Ｖｔｈ以上となってから所定の時間経過し、トナー付着量検出センサ（光センサ）の検出出力がほぼ最高となるトナーパターンＰの先頭部Ｐ１に達した時点Ｔ０より、画像濃度制御として用いる検出値として検出を開始する。そして、トナーパターンが通過し終える直前の最終部Ｐ２に達する時点Ｔ１まで検出を行う。
さらに、時点Ｔ０と時点Ｔ１との間で予め決められた所定の時点Ｔ２を規定し、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間の時間で検出した出力群を図示しない記憶装置へ格納する。横軸に時間、縦軸に検出出力を取った時の傾きを算出し、二つの出力群区分で傾きを比較する。画像濃度制御に採用する値は、二つの傾きの差が０．４（Ｖ／ｓ）以下の場合にはＴ１−Ｔ０間で出力値を採用し、それ以上の場合にはＴ１−Ｔ２間での出力値を採用する。
【００２６】
また、電位センサ７０の検出出力である感光体上電位も、図７（Ａ）に示すように、図６（Ａ）と同様に付着量検出センサで採用した区分の時間を採用して画像濃度制御に用いる。本実施形態においては、図６及び図７で示す結果においては、どちらも、時間区分Ｔ１−Ｔ２を採用して画像濃度制御を行う場合を示している。
本実施例における各出力に対する傾き閾値は、正反射光出力は０．５（Ｖ／ｓ）、拡散反射光出力は０．４（Ｖ／ｓ）、電位センサ出力は１００（Ｖ／ｓ）としている。しかしながら、これらの閾値は、トナーパターンの長さ、感光体回転速度、センサ特性（応答速度、出力特性など）、トナーパターン付着量などによって変動するものであるので、個々の画像形成装置に応じて傾き閾値は最適化する必要がある。
また、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間のどちらを採用するかの判断は、横軸を付着量とし、縦軸を現像ポテンシャルとした傾きから判断してもよいし、横軸検出出力で縦軸現像ポテンシャルとしてもよいし、他の判断基準を用いてよい。
【００２７】
次に、図８及び図９に前回画像濃度制御から現像能力の変動が小さい場合の結果を示している。図８（Ａ）は、Ｋトナーの連続階調トナーパターンを感光体表面に形成した際の時間経過に伴う感光体表面電位の変化を示すグラフ図で、図８（Ｂ）は、Ｋトナーの連続階調トナーパターンを光センサ３１０で検出した出力のうち正反射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
また、図９（Ａ）は、Ｃトナーの連続階調トナーパターンを感光体表面に形成した際の時間経過に伴う感光体表面電位の変化を示すグラフ図で、図９（Ｂ）は、Ｃトナーの連続階調トナーパターンを光センサ３１０で検出した出力のうち拡散射光受光素子で検出した出力の時間経過に伴う変化を示すグラフ図である。
図８、図９のグラフ図において、電位センサとトナー付着量検出センサ（光センサ）が検出を開始する時点を０秒としている。
図６及び図７の検出方法と同様に、光センサ３１０の出力が所定の閾値Ｖｔｈ以下となってから所定時間経過した時点Ｔ０より画像濃度制御として用いる検出値として検出を開始し、Ｖｔｈからトナーパターンが通過し終える直前の時点Ｔ１まで検出を行う。
さらに、時点Ｔ０と時点Ｔ１の間で予め決められた所定の時点Ｔ２を規定し、Ｔ１−Ｔ０間とＴ１−Ｔ２間の時間で検出した出力群を図示しない記憶装置へ格納する。横軸に時間、縦軸に検出出力を取った時の傾きを算出し、各二つの出力群区分で傾きを比較する。画像濃度制御に採用する値は、二つの傾きの差が０．５（Ｖ／ｍｓ）以下の場合にはＴ１−Ｔ０間での出力値を採用し、それ以上の場合にはＴ１−Ｔ２間での出力値を採用する。電位センサ７０の検出出力である感光体上電位も、同様に二つの出力群区分での傾きから、画像濃度制御に採用する値を決定する。光センサと電位センサで採用する出力群区分が異なる場合には、どちらもＴ１−Ｔ２間の出力群区分を採用する。
【００２８】
図８、図９共に、Ｔ１−Ｔ０間、Ｔ１−Ｔ２間のどちらの区分でも傾きに変動がないので、Ｔ１−Ｔ０間の時間区分を採用して画像濃度制御を行っている。当然、画像濃度制御に採用する時間は長い方がより精度が上がる。連続階調パターン全域で付着量検出可能範囲である場合、つまりは、横軸時間で縦軸検出出力とした場合の傾きが各時間区分で変化が小さい場合には、より時間が長い区分を採用する。
本実施形態においては、連続階調パターンを作像する各バイアス条件は前回画像濃度制御で決定した値を用いている。毎回同じバイアス条件で作像する場合には、現像能力によってパターンの付着量が大きく変動する。つまり、現像能力が高いときには、毎回短い区分しか採用できなくなる。対して、前回決定条件で作像する場合には、前回での現像能力のときに最適な付着量を作像できるよう調整されているので、現像能力の変化が小さければ全区間を採用できる可能性が高くなっている。したがって、より精度の高い検出が可能となっている。
以上のように、本実施形態においては、感光体の回転方向に連続的で先頭部の付着量が最大となる条件で作像された連続階調トナーパターンを使用し、付着量検出手段の検出閾値Ｖｔｈを検出してから所定時間後の時点Ｔ０と、検出閾値Ｖｔｈから前記トナーパターンが通過し終える直前の時点Ｔ１までの時間Ｔ１−Ｔ０に検出した出力を用いて作像条件を制御するようにしているので、イレーズランプ等の部品を必要とせず、検出対象表面に局所的な傷などによってセンサ出力に一時的な変動を及ぼす場合であっても、所定の時間検出することでサンプリング数を多く設定できる。その結果、出力データのバラツキを最小化することが出来るので、連続階調パターンを精度よく簡便に検出すること出来る。
【００２９】
また、本実施形態においては、前記Ｔ１−Ｔ０に検出した出力と、時点Ｔ０から時点Ｔ１までの間であらかじめ決められた時点Ｔ２から時点Ｔ１までの時間Ｔ１−Ｔ２に検出した出力とを比較して、どちらか一方の出力を用いて作像条件を制御するようにしているので、センサの検出出力が高付着量領域で非線形となった場合でも、作像条件にフィードバックする出力を取捨選択することで精度よく検出出来るので、連続階調パターンを簡便に精度よく検出することができる。
また、本実施形態においては、感光体上の電位センサ出力を付着量検出出力と同様に検出することで、感光体の光疲労や環境変動による露光後電位の変動を実測することが出来、より精度よく現像能力の測定を出来る。
また、本実施形態においては、連続階調トナーパターンを作像する条件として露光手段の光量を連続的に変化させることによって行うので、プロセス線速が速い場合であっても時間的な律速なく連続的にトナー付着量を変更することが可能となり、連続階調トナーパターンを素早く作像することできる。
また、本実施形態においては、連続階調トナーパターンを作像する条件としての現像バイアスと帯電手段の帯電条件を前回の画像濃度制御で決定した条件とするので、トナー付着量検出手段による検出出力が検出可能範囲外となることを抑止することが可能となり、連続階調パターンを精度よく簡便に検出することが出来る。
【符号の説明】
【００３０】
１０  中間転写ベルト、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ  画像形成部、２１  露光装置、２２  ２次転写装置、２５  定着装置、４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｋ  感光体、６０  帯電装置、６１  現像装置、６１ａ  現像ローラ、６２  １次転写装置、６３  クリーニング装置、７０  電位センサ、７１  現像バイアス、７２  帯電バイアス、７３  制御装置、３１０  光センサ、３１１  ＬＥＤ、３１２  正反射受光素子、３１３  拡散反射受光素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特許第３２５４２３５号
【特許文献２】特許第３３８６２３１号
【図１】
2010079290.tif 000003
【図２】
2010079290.tif 000004
【図３】
2010079290.tif 000005
【図４】
2010079290.tif 000006
【図５】
2010079290.tif 000007
【図６】
2010079290.tif 000008
【図７】
2010079290.tif 000009
【図８】
2010079290.tif 000010
【図９】
2010079290.tif 000011